Реферати » Реферати по біології » Біологічна роль, структура і виділення мітохондрій з печінки щурів.

Біологічна роль, структура і виділення мітохондрій з печінки щурів.

Біологічна роль, структура і виділення мітохондрій з печінки щурів.

Зміст

1. Введення

1. Історія питання

2. Перспективи досліджень

1. Біологічна роль мітохондрій

2. Ультраструктура мітохондрій

1. Загальні принципи організації

2. Особливості будови мембрани мітохондрій

3. Опис загальних принципів різних методів виділення мітохондрій

1. Гомогенизация матеріалу

1. Механічна

2. На основі кавітації газів

3. Ультразвук

2. Поділ субклітинних компонентів

1. Центрифугування

2. Поділ в двофазної системі, яка містить два полімеру

3. Електрофорез

4. Ферменти - маркери мітохондрій

4. Методики

5. Висновок

6. Список літератури

Введення

Історія питання.

Келлікер одним з перших описав характерним чином орієнтовані гранули в саркоплазме поперечно-смугастої м'язи. Йому належить так же честь першого виділення мітохондрій з клітинних структур. У 1888 році він виділив ці гранули з м'язи комах і показав, що вони володіють мембраною і набухають у воді. Початком нової ери в цитологічному вивченнімітохондрій з'явилася робота Бенслі і Херрі, які зробили спробу виділити мітохондрій з суспензії зруйнованих клітин печінки, застосувавши метод диференціального центрифугування. Через відсутність підходящої середовища для суспендування і недосконалості методу центрифугування Бенслі не вдалося отримати інтактні мітохондрій, але саме новаторська робота Бенслі визначила злиття цитологічних досліджень мітохондрій з дослідженнями дихання.

Перспективи досліджень.

В даний час основна задача вивчення мітохондрій на молекулярному рівні зводиться до виділення ферментативних компонентів окислювальних циклів, визначення їх молекулярної структури і механізму дії, аналізу їх участі в поліферментних системах в мітохондріях і картування їх локалізації на структурах мітохондрій . Та обставина, що ферменти дихального ланцюга складають більше 25% білка мітохондріальних мембран змушують розглядати ці ферменти не тільки як функціональні, але і як структурні елементи мітохондрії.

Біологічна роль мітохондрій.

Упродовж ста з гаком років, т. Е. З часу перших робіт Келлікера
(1850), котрий спостерігав гранули в саркоплазме поперечнополосатих м'язів, велися копіткі морфологічні дослідження, які поступово готували грунт для всебічного вивчення природи мітохондрій. Але тільки в 1949 р
Кеннеді і Ленинджер встановили, що в мітохондріях протікає цикл окисного фосфорилювання, тобто що мітохондрій служать місцем генерування енергії. З цього моменту починається нова ера у вивченні мітохондрій - ера, в якій блискучі відкриття слідують одне за іншим.
В короткий термін були відкриті осмотическая, сократительная, регуляторна та генетична функції мітохондрій та знайдено багато з тих молекулярних структур, які служать первинним субстратом 'цих функцій. Було показано також, що мітохондрій забезпечують інтеграцію численних процесів клітинного обміну. Ці дослідження ще не, завершені, але вони можуть служити прикладом плідності нового підходу до вивчення живого, того підходу, який відрізняє молекулярну біологію.

У розвитку молекулярної біології за останній час намітився новий етап. До цього це були дослідження головним чином, на рівні однорідних молекул білків і нуклеїнових кислот, дослідження, присвячені їх структурі, функції і біосинтезу. Тепер же дослідник не задовольняється цим і переходить до вивчення специфічно організованих надмолекулярних комплексів, якими є клітинні органели.
Деякі функції цих органел також можуть бути витлумачені на рівні індивідуальних молекул, наприклад молекул окремих ферментів. Але головна особливість клітинних органел - це інтеграція ферментативних процесів.
Так, завдяки наявності в складі мітохондрій різних білків, ліпідів, нуклеїнових кислот і вуглеводів, з'єднанню їх між собою та впорядкованому розміщенню в просторі у вигляді тришарових мембран ці утворення набувають властивостей, які зникають при їх розчленовуванні на окремі молекули. Властивості ці: векторний характер дії мітохондріальних ферментів (на відміну від скалярного, т. Е. Не залежного від напрямку, дії розчинних ферментів), здатність до безпосереднього перетворенню енергії окислення в осмотичну і механічну енергію, здатність до автономного синтезу білків і т. Д. Кожне з цих властивостей визначається не простою сумою реакцій, каталізуються окремими ферментами, а обумовлено взаємодією точно орієнтованих ферментних і неферментний макромолекул. Само собою зрозуміло, що глибоке дослідження і пізнання природи клітинних органел можливо лише шляхом розчленування їх на окремі молекули з подальшою реконструкцією.

Ультраструктура мітохондрії

Загальні принципи організації.

Внутрішньо простір мітохондрії оточене двома безперервними системами мембран, кожна з яких представляє собою замкнутий мішок; ці мішки розташовані так, що всю мітохондрій можна уявити собі, як мішок всередині мішка. Просвіт внутрішнього мішка не повідомляється з простором між двома мембранами. Зовнішня мембрана гладка, а внутрішня утворює численні впячивания, які в найпростішому випадку мають форму перегородок, але можуть приймати вкрай складні обриси. Паладь назвав ці впячивания мітохондріальними кристами. Інший характерний компонент структури мітохондрії - це матрикс, який заповнює просвіт, оточений внутрішньою мембраною. Відомо, що він містить багато білка і деяка кількість ліпідів; мабуть, він володіє певною організацією і більш-менш жорсткою структурою. Нарешті, мітохондрії, фіксовані осмієм часто містять в матриксі ряд дрібних гранул. Число, діаметр і щільність цих внутрімітохондріальних гранул змінюються в залежності від стану обміну речовин в тканинах.

Особливості будови мембрани мітохондрії.

Так як найбільше практичне значення представляють внутрішні мембрани мітохондрії, що містять дихальні ансамблі, є сенс детальніше познайомитися з ультраструктурою мітохондріальної мембрани. При детальному аналізі було виявлено, що мітохондріальні мембрани містять 35
-40% ліпідів, переважно фосфатидов, і 60 - 65% білка. Невеликі відмінності, які іноді спостерігаються зумовлені різними умовами отримання при використанні різних фізичних і хімічних засобів руйнації структури мітохондрії.

Мітохондрії печінки пацюки містять значні кількості фосфатидилетаноламін, фосфатидилхолина, інозітфосфатідов, кардіоліпіну і фосфатидилсерина; зміст плазмалогена і сфингомиелина невелика, іноді вони зовсім відсутні. Характерне зміст і кількісний вміст ліпідів в мітохондріальної мембрані, ймовірно обумовлені необхідністю підтримки термодинамічно стійкого подвійного шару ліпідів, що утворює остов мембрани, який служить опорою для дихальних ансамблів. Мабуть, велике значення має той факт, що практично всі ліпіди мітохондріальної мембрани екстрагуються сумішшю хлороформ - метанол. Це вказує на наявність лише незначної кількості ковалентних зв'язків між ліпідами і білковими елементами або навіть на повне їх відсутність; цей факт свідчить про високий ступінь стабілізації ліпідів і білків мембранних структурах. Крейн показав, що цитохром з з'єднується з фосфатидилетаноламін, утворюючи стійкий комплекс. Можливо, що саме така взаємодія ліпід - білок спільно з гідрофобними зв'язками і забезпечує таку стабілізацію мембранної структури. Кріддл і співробітники виділили мономірним форму, яку вони назвали структурним білком мітохондріальної мембрани. При нейтральному рН структурний білок знаходиться в полімерній формі і не розчинний у воді. Мономерна форма має молекулярну вагу близько 22 000, але тенденція до полімеризації порушує точність седиментаційних і електрофоретичних досліджень. Структурний білок здатний з'єднуватися з чистими цитохромами а, Ь, і її освітою розчинних у воді комплексів в молярному відношенні 1: 1, причому умови цієї взаємодії для кожного випадку різні. Передбачається, що в таких комплексах утворюються переважно гідрофобні зв'язку. Далі, виявилося, що структурний білок з'єднується з фосфоліпідами. Таким чином, структурний білок здатний до взаємодії з двома іншими основними молекулярними елементами мембрани - з переносниками електронів і зфосфоліпідами. Схильність цитохромов, флавопротеїдів і структурного білка до існування в мономерний і полімерної формах вказує на виражену тенденцію цих молекул до утворення дуже стійких макромолекулярних ансамблів, які мають пластинчасті структуру.

Так як для майбутніх досліджень найбільший інтерес представляє цитохром с, то слід приділити особливу увагу саме цьому ферменту.

Цей цитохром відрізняється від інших тим, що він легко екстрагується з мітохондрій в розчинній формі за допомогою кислот і нейтральних розчинів солей. Молекулярний вага кристалічного ферменту 12000, ізоелектрична точка при високому рН; в молекулу входить одна железопорфіріновая група, яка представлена ??похідним протопорфірину і сполучена (ковалентно) з двома цистеїнових залишками пептидного ланцюга, за допомогою двох тіоефірних зв'язків.

При рН 7,0 атоми заліза в положеннях 5 і 6, очевидно, координовані з залишками гістидину; при нейтральних значеннях рН цитохром з не має тенденції реагувати з киснем. Відомо, що третинна структура цитохрому з різко змінюється, як функція стану окислення - відновлення.

Цитохром з відновлюється тіолами, аскорбат, хінол, і відновленими цитохромами b і з1, а відновлений цитохром с окислюється ферріціанідом, деякими барвниками і цитохромом а.

Було показано, що у водних розчинах цитохром з здатний до полімеризації; вдалося отримати його димер і очистити так само тример і тетрамер. Вторинна і третинна структура цитохрому з вивчається методом рентгеноструктурного аналізу. Цитохром з легко з'єднується з ліпідами, зокрема з фосфатидилетаноламін він утворює комплекс, названий ліпоцітохромом с.

Опис загальних принципів різних методів виділення мітохондрій.

Мітохондрії і після виділення зберігають свій вигляд, не дивлячись на те, що мембрани їх кілька пошкоджуються і контури згладжуються. По суті, в наш час їх виділяють тим же самим способом, яким користувався ще
Варбург. Перш за все тканини гомогенізують, використовуючи для цього ізотонічний або гіпертонічний розчин сахарози (сахароза сприяєзбереження мітохондрій, стабілізуючи мітохондріальну мембрану). Потім методом диференціального центрифугування відокремлюють ядра і незруйновані клітини, а отриману супернатант знову центрифугують при більш високих швидкостях. Мітохондрій осідають при цьому на дно, утворюючи щільний буруватий осад. Промивши цей осад кілька разів можна отримати досить чисту мітохондріальну фракцію. Таким

Сторінки: 1 2